CN107194992B - 一种黄土区大型露天煤矿排土场地形地貌优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种黄土区大型露天煤矿排土场地形地貌优化方法，包括：“松软基地清除”，“基地沟壑充填”，“光滑基底爆破处理”，“基底设桩抗滑”，“扇形排弃分层压实”等步骤。本发明基于仿照黄土区百万年前原有的“塬”地貌，改变黄土高原水土流失区传统的坡耕地人工机修梯田的模式，借助采矿移动岩土的便利条件，以大范围土方调配构造流域地貌来统筹水文形态，以微地形改造减少地表径流的产生，在确保排土场稳定性的前提下，使黄土区大型露天煤矿排土场的地貌恢复为塬地貌，为生态系统的恢复和生物多样性打下基础。

Description

一种黄土区大型露天煤矿排土场地形地貌优化方法

技术领域

本发明涉及生态恢复技术领域，具体地说，涉及一种在气候干旱、生态环境脆弱的黄土高原区大型露天煤矿排土场地貌重塑的方法，尤其涉及一种仿照黄土区原有的“塬”地貌进行矿区地貌优化方法。

背景技术

传统的排土技术主要依据排土工程的便利性，就近排土堆积，不能统筹规划，完全破坏了原地貌流域水文地貌，恢复的生态系统难与原地貌生态系统相协调。现有的矿区地貌重塑工程下的平台与边坡相间的大型人工堆垫地形存在地形地貌不稳定、边坡岩土侵烛、景观不协调、生物多样性减少、人为干预过多、刚性工程易破坏、养护成本高等问题。

发明内容

本发明为了解决传统矿区地貌重塑工程中的上述问题，提供了一种仿照黄土区原有的“塬”地貌进行矿区地貌优化的技术。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

本发明提供一种黄土区大型露天煤矿排土场地形地貌优化方法，包括如下步骤：

S1.设计GeoFluv基于AutoCAD平台对矿区重塑地貌进行模拟，选取整体参数和局部参数进行基于地形与水文的地貌重塑的参数与模型研究；并配合自然生态相关要素基于GeoFluv设计出一种近似自然的地理形态的地貌模型；

S2.在地貌模型中，按照与周边原水文地貌相适应的原则，确定主沟道和沟道等级，形成整体由高到低的流域地貌；按各“塬面”高程，分层定级并进行微地貌整形，保证塬面坡度在1～3°之内；将较长的边坡整形成非线性边坡；

S3.收集黄土区大型露天煤矿所在流域的DEM图、水文数据、土壤图等，在矿区范围内确定流域水文地貌的走向，结合步骤S2中的理论模型，为每一个高程分层定级，也为每一级沟道定级，形成“塬面沟道分层定级规划图”；

S4.按照步骤S3中的“塬面沟道分层定级规划图”将黄土区大型露天煤矿已有的排土场进行排土对接，基本实现流域水文地貌分布。

进一步，所述步骤S4还包括：

S4-1.排土场基底构筑：运用装载机等机械设备，按照中间低，四周高的方式进行推土；在重要区域应适当清除表层松软土层，增强基底岩土承载力；在外排土场基底压占土地尤其是沟壑部分充填高钙、低钠难风化的石块，利用原地貌沟壑形成“疏水型”基底；

S4-2.排土场主体构筑：排土场主体构筑时，按照扇形推进、多点同时排弃，在满足地表厚层覆土的前提下，采取岩土混排工艺，在废弃的运输路面和皮带运输道等部位排弃岩土时，选择难风化、粗粒级的岩石；对污染相对富集的地方采取“包埋”，并做好排水系统；

S4-3.排土场平台构筑：将每个“塬面”划分为一定面积的方格，对每一个方格进行微地貌整形，修筑地表起伏状态，保证坡度在1～3°；主要用大型推土机推平，以田埂将复垦土地划分成不同的地块，同时修建排水沟、道路；

S4-4.排土场边坡构筑：对坡面进行非线性处理，边坡基本呈现上部缓坡、中间陡坡、下部缓坡的结构，所述中间陡坡的倾斜角度不超过60°，并模仿自然地形，在上部缓坡和下部缓坡处设置凹形、弯曲式缓坡，缓坡的倾角在25°以下。

进一步，所述步骤S4-2中，在排弃过程中，细颗粒的黄土可部分充填到岩块缝裂中，逐层堆垫、逐层压实，减轻非均匀沉降程度。

进一步，所述步骤S4-4中，还包括：在坡面上用天然材料修筑网格状拦水网或挡水坎或者鱼鳞坑，在坡脚堆放大石块。

进一步，所述整体参数包括：流域面积、流域长度、流域坡度、流域方向、流域平均高程和流域树枝状水系。

进一步，所述局部参数包括：沟谷长度、坡度、蜿挺度、宽深比、纵断面、横断面、山脊线到河谷源的距离和河床材料。

进一步，所述自然生态相关要素包括：地质、地貌、水文和气象。

本发明的有益效果是：本发明基于仿照黄土区原有的塬地貌，改变传统的“平台-边坡-平台”模式，以大范围土方调配构造流域地貌来统筹水文形态，以微地形改造减少地表径流的产生，在确保排土场稳定性的前提下，使黄土区大型露天煤矿排土场的地貌恢复为塬地貌，为生态系统的恢复和生物多样性打下基础。

统筹规划矿区地貌，排土场平台宽阔平整，有利于农业机械化操作；排土场边坡稳定，有利于与周边景观协调，解决了传统排土场“平台-边坡-平台”的单一地形地貌条件；仿照自然水文地貌形态，地表形态由沟壑纵横地貌变为大型梯化地貌，有利于有限降水的高效利用，水土保持能力显著提高；仿照黄土区塬地貌，潜在增加了未来可利用的土地面积；土地重塑工艺中涉及到对矿山采排工艺有所改变的，不仅不会影响矿山生产，而且会有利于矿山生产的安全和整体效益的提高，地貌多样化为后续的生物多样性创造适宜的条件。

本发明通过重塑的黄土“塬”地貌，有效地控制了崩塌、滑坡等地质灾害的发生，土壤侵蚀指数小于原地貌5-8倍，土地利用率由60％提高为90％，平均地块面积由开采前的数亩扩大到重塑后的数百亩、上千亩，适宜农业机械化操作，彻底改变了原地貌传统农业耕作方式和小农经济现状。

附图说明

图1为本发明的流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

一种黄土区大型露天煤矿排土场地形地貌优化技术，包括如下步骤：

(1)GeoFluv基于AutoCAD平台对矿区重塑地貌进行模拟和优化研究，其理论依据是流域地貌学理论和Rosgen河流分类等。通过调查和分析自然地貌，综合边坡、水系和低地等地形地貌的特征，可以预测重塑地貌在恢复情况下的变化。

选取整体参数：流域面积、流域长度、流域坡度、流域方向、流域平均高程、流域树枝状水系；局部参数：沟谷长度、坡度、蜿挺度、宽深比、纵断面、横断面、山脊线到河谷源的距离、河床材料，进行基于地形与水文的地貌重塑的参数与模型研究；依据自然生态相关要素：地质、地貌、水文、气象等，基于GeoFluv设计出一种近似自然的地理形态的地貌，达到地貌形态稳定、侵烛风险小、景观协调、养护成本低、生态效益高的目的。

在设计过程中，科学统筹规划黄土区大型露天煤矿排土场的对接，与周边原水文地貌相适应，确定主沟道和沟道等级，形成整体由高到低的流域地貌；按各“塬面”高程，分层定级并进行微地貌整形，保证塬面坡度在1～3°之内；将较长的边坡整形成非线性边坡。

(2)a、收集黄土区大型露天煤矿所在流域的DEM图、水文数据、土壤图等，在矿区范围内确定流域水文地貌的走向，为每一个高程分层定级，也为每一级沟道定级，形成“塬面沟道分层定级规划图”。

所述流域水文地貌是仿照自然地貌的发育形态，集水区有高低之分，沟道有层级之分，主要根据STRAHLER分级原理；所述“塬面”是仿照黄土区塬地貌，依据黄土区地貌演变过程，可见黄土区利于生态、生产的塬地貌逐步在减少。

b、按照“塬面沟道分层定级规划图”将已有的排土场进行排土对接，基本实现流域水文地貌分布。

c、排土场基底构筑：排土场基地构筑的核心是形成“疏水型”的基底，确保基底地面排水通畅。具体是运用装载机等机械设备，按照中间低，四周高的方式进行推土。主要涉及松软基地清除技术、基地沟壑充填技术、光滑基底爆破处理技术及基底设桩抗滑技术。

一般重要区域应适当清除表层松软土层，增强基底岩土承载力；另外，在外排土场基底压占土地尤其是沟壑部分充填高钙、低钠难风化的石块，利用原地貌沟壑形成“疏水型”基底。内排土场基底不存在松软土层问题，必要时需通过爆破技术，增加光滑基地的粗糙度，提高排土场抗滑能力，并通过设置基柱、临时挡墙及抗滑桩，控制倾斜基底岩土滑动。

d、排土场主体构筑：排土场主体构筑时，除按照扇形推进、多点同时排弃外，在满足地表厚层覆土的前提下，多采取岩土混排工艺。扇形排弃分层压实技术是通过多点扇形排弃、分层压实，提高单位空间岩土容量。在排弃过程中，细颗粒的黄土可部分充填到岩块缝裂中，逐层堆垫、逐层压实，减轻非均匀沉降程度。在废弃的运输路面和皮带运输道等部位排弃岩土时，应选择难风化、粗粒级的岩石；对污染相对富集的地方采取“包埋”，并做好排水系统。

e、排土场平台构筑：将每个“塬面”划分为一定面积的方格，对每一个方格进行微地貌整形，修筑地表起伏状态，保证坡度在1～3°。主要用大型推土机推平，以田埂将复垦土地划分成不同的地块，同时修建排水沟、道路。

平台复垦为耕地时，田面长度宜为200-500m，宽度宜为100-200m，要求中间最低点高程低于四周最高20cm，形成一个盘状蓄水单元。

建造若干半自然生境为动物提供食物源、物种源、避难所、繁育场所和迁移的廊道。田间道宜布设在平台与下方坡面的坡肩挡水墙内侧，道路规格为路基宽度4-5m，路高0.5m。生产路宜设在田块的长边，道路规格为路基宽度2-3m，路高0.3m。应根据排土场在矿区布设位置、可造成的影响程度、松散体稳定程度，设置永久性硬化骨干排水系统和临时性非硬化排水系统。道路两侧应种植当地适生的乔木和灌木，并在两侧留有一定宽度的缓冲带来为动植物提供多样化生境。排土场平台边缘应修筑坡肩挡水墙。坡肩挡水墙采用剥离的粘质土壤修建，规格为高度为1m，梯形断面，顶宽1m，内坡比为1：1，外坡比为1:1.5，并在挡水墙顶部种植适生灌木作为防护带。

f、排土场边坡构筑：对坡面进行非线性处理，边坡基本呈现上缓中陡下缓，中间陡处不超过60°，并模仿自然地形，设置凹形、弯曲式缓坡，缓坡外倾角在25°以下。在坡面上用天然材料修筑网格状拦水网或挡水坎或者鱼鳞坑，控制边坡水土流失，增加景观异质性。为增加生境多样性，同时保障边坡稳定，宜在坡脚堆放大石块。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种黄土区大型露天煤矿排土场地形地貌优化方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1.设计GeoFluv基于AutoCAD平台对矿区重塑地貌进行模拟：选取整体参数和局部参数进行基于地形与水文的地貌重塑的参数与模型研究；并配合自然生态相关要素基于GeoFluv设计出一种近似自然的地理形态的地貌模型；

S2.在地貌模型中，按照与周边原水文地貌相适应的原则，确定主沟道和沟道等级，形成整体由高到低的流域地貌；按各“塬面”高程，分层定级并进行微地貌整形，保证塬面坡度在1～3°之内；将较长的边坡整形成非线性边坡；

S3.收集黄土区大型露天煤矿所在流域的DEM图、水文数据、土壤图，在矿区范围内确定流域水文地貌的走向，结合步骤S2中的理论模型，为每一个高程分层定级，也为每一级沟道定级，形成“塬面沟道分层定级规划图”；

S4.按照步骤S3中的“塬面沟道分层定级规划图”将黄土区大型露天煤矿已有的排土场进行排土对接，实现流域水文地貌分布。

2.根据权利要求1所述的黄土区大型露天煤矿排土场地形地貌优化方法，其特征在于，所述步骤S4还包括：

S4-1.排土场基底构筑：运用装载机，按照中间低，四周高的方式进行推土；在重要区域应适当清除表层松软土层，增强基底岩土承载力；在外排土场基底压占土地的沟壑部分充填高钙、低钠难风化的石块，利用原地貌沟壑形成“疏水型”基底；

S4-2.排土场主体构筑：排土场主体构筑时，按照扇形推进、多点同时排弃，在满足地表厚层覆土的前提下，采取岩土混排工艺，在废弃的运输路面和皮带运输道部位排弃岩土时，选择难风化、粗粒级的岩石；对污染相对富集的地方采取“包埋”，并做好排水系统；

S4-3.排土场平台构筑：将每个“塬面”划分为一定面积的方格，对每一个方格进行微地貌整形，修筑地表起伏状态，保证坡度在1～3°；主要用大型推土机推平，以田埂将复垦土地划分成不同的地块，同时修建排水沟、道路；

S4-4.排土场边坡构筑：对坡面进行非线性处理，边坡基本呈现上部缓坡、中间陡坡、下部缓坡的结构，所述中间陡坡的倾斜角度不超过60°，并模仿自然地形，在上部缓坡和下部缓坡处设置凹形、弯曲式缓坡，缓坡的倾角在25°以下。

3.根据权利要求2所述的黄土区大型露天煤矿排土场地形地貌优化方法，其特征在于，所述步骤S4-2中，在排弃过程中，细颗粒的黄土可部分充填到岩块缝裂中，逐层堆垫、逐层压实，减轻非均匀沉降程度。

4.根据权利要求3所述的黄土区大型露天煤矿排土场地形地貌优化方法，其特征在于，所述步骤S4-4中，还包括：在坡面上用天然材料修筑网格状拦水网或挡水坎或者鱼鳞坑，在坡脚堆放大石块。

5.根据权利要求1-4任一所述的黄土区大型露天煤矿排土场地形地貌优化方法，其特征在于，所述整体参数包括：流域面积、流域长度、流域坡度、流域方向、流域平均高程和流域树枝状水系。

6.根据权利要求5所述的黄土区大型露天煤矿排土场地形地貌优化方法，其特征在于，所述局部参数包括：沟谷长度、坡度、蜿挺度、宽深比、纵断面、横断面、山脊线到河谷源的距离和河床材料。

7.根据权利要求6所述的黄土区大型露天煤矿排土场地形地貌优化方法，其特征在于，所述自然生态相关要素包括：地质、地貌、水文和气象。